一種s波段光控相控陣單元天線的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種S波段光控相控陣單元天線，涉及無線通信技術領域，包括介質基板、三個引向器、一對激勵振子、一個反射振子和微帶饋線；其中，介質基板包括正面和背面，引向器、激勵振子和反射振子位于介質基板的正面，微帶饋線位于介質基板的背面；所述的介質基板的正面設置覆銅的引向器、激勵振子和反射振子，其中三個引向器、激勵振子與反射振子從上往下依次設置于介質基板。與現有技術相比，本發明具有如下有益效果：通過Ansoft HFSS電磁仿真軟件進行仿真并與天線的實際測試做對比，結果表明：駐波比(VSWR)2的相對帶寬達到40％，在中心頻點2.4GHz最大增益為6dB。
【專利說明】
一種S波段光控相控陣單元天線
技術領域
[0001] 本發明涉及無線通信技術領域，具體涉及一種S波段光控相控陣單元天線。
【背景技術】
[0002] 近年來，各類需求使得相控陣技術不斷發展，光控相控陣天線已成為各國學者關 注的焦點。例如，在現代戰爭中，為了提高相控陣雷達對目標的分辨、識別能力和解決目標 的雷達成像問題，要求雷達具有大的瞬時信號帶寬。同時，為減小雷達信號被截獲的概率和 降低反輻射導彈的威脅，通常采用具有大瞬時帶寬的擴譜信號。但是，基于移相器的相控陣 雷達天線在進行寬角掃描時，由于渡越時間和孔徑效應，使得信號的瞬時帶寬受限。
[0003] 為了實現相控陣的寬帶寬角掃描，必須使用實時延遲線TTD(True Time Delay)取 代常規相控陣中的移相器，但因數量太多給工程實現帶來困難，折衷的方法是在相控陣的 子陣級上引入TTD進行延時補償。傳統的TTD是由波導或同軸電纜構成的，對一個口徑20m大 型相控陣天線，在掃描角為60°時，TTD的長度約為17m，如此長的波導或同軸電纜，無論是對 寬帶信號的傳輸損耗還是工程實現，都將帶來不便。如果將微波信號調制在光纖上，用光纖 作為TTD，稱為0TTD(0ptical True Time Delay)，由于光載波頻率極高，信號帶寬相對光載 波頻率極小，線路具有穩定的傳輸特性。同時將使系統重量減輕，體積減小，無相互輻射干 擾。
[0004] 在相控陣天線中，天線陣列是由多個輻射單元按一定規律排成陣列，輻射單元的 輻射特性直接影響天線陣的輻射特性，為了使陣列因子能決定陣性能，必須使輻射單元在 掃描角范圍內其增益不變，而在掃描角范圍外沒有輻射，這樣的輻射單元就是理想的。此時 天線陣列的輻射特性在掃描范圍內完全由陣列因子決定，而且在掃描角范圍外沒有輻射。 而實際上的增益被單元方向性加權，輻射單元方向性嚴重影響陣列天線的波束指向的精 度。在相控陣單元天線的設計方面，準八木天線由于其交叉極化小，增益穩定，前后比高，易 于構成陣列等特點受到廣泛的研究，但其天線增益和相對帶寬還有待增強。
[0005] 八木天線由一個主振子、一個反射器和若干個引向器組成。微帶準八木天線主要 有兩部分組成:上半部分為輻射部分，包括印刷偶極子和引向器;下半部分實現了微帶線到 共面帶線(CPS)的轉換。微帶線的兩個臂相差半波長，以實現共面帶線的寄模激勵，因而起 到一個寬帶巴倫的作用，微帶線背面截斷的接地面起到反射器的作用。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的在于克服現有技術的缺點，提出一種S波段光控相控陣單元天線，該 天線解決了傳統準八木天線的增益和相對帶寬有待增強的問題。
[0007] 本發明通過如下技術方案實現:一種S波段光控相控陣單元天線，包括介質基板、 三個引向器、一對激勵振子、一個反射振子和微帶饋線;其中，介質基板包括正面和背面，弓丨 向器、激勵振子和反射振子位于介質基板的正面，微帶饋線位于介質基板的背面;所述的介 質基板的正面設置覆銅的引向器、激勵振子和反射振子，其中三個引向器、激勵振子與反射 振子從上往下依次設置于介質基板。
[0008] 作為優選，所述的介質基板采用FR4環氧樹脂基板，其相對介電常數為4.4，損耗角 正切為0.025，厚度為1.6mm。
[0009] 作為優選，所述的三個引向器中位于頂端的引向器中間開縫。
[0010] 作為優選，所述的介質基板的背面微帶饋線采用G形微帶饋電結構。
[0011] 作為優選，天線采用印刷結構，反射振子既可作為天線的反射器，又可作為微帶饋 線的地板。
[0012] 作為優選，所述的三個引向器位于介質基板的中上部，激勵振子與反射振子相連 且位于介質基板的下中下部，所述的一對激勵振子左右對稱設置于介質基板，所述的激勵 振子和微帶饋線分別設置在介質基板正面和背面的同一高度位置。
[0013] 與現有技術相比，本發明具有如下有益效果:本發明在繼承典型準八木天線優點 的基礎上，通過改變巴倫、振子的長度和寬度提高S波段光控相控陣單元天線的帶寬，在天 線背面采用"G"形微帶饋電方式來改變S波段光控相控陣單元天線的波束寬度，增加引向器 并在頂端引向器中間開縫進一步增加 S波段光控相控陣單元天線的增益和輻射強度，并采 用了微帶印刷技術進行了平面低剖面設計，反射振子、激勵振子和引向器衍變為附著在介 質基板的覆銅部分，由于采用了印刷結構，饋電為微帶線饋電，同時利用耦合饋電技術，反 射振子部分既可作為S波段光控相控陣單元天線的反射器，又可作為微帶饋線的地板，激勵 振子的兩個臂均和地板相連，這樣可便于滿足兩臂饋電的平衡，同時只需要調整微帶線的 寬度和耦合部分的長度即可實現良好的阻抗匹配。通過AnsoftHFSS電磁仿真軟件進行仿真 并與天線的實際測試做對比，結果表明：駐波比（VSWR)2的相對帶寬達到40%，在中心頻點 2.4GHz最大增益為6dB。此種改進方式結構設計合理，能有效地提高天線的帶寬和增益。
【附圖說明】
[0014] 圖1為本發明天線正面圖（向右倒置）；
[0015] 圖2為本發明天線背面圖（向右倒置）；
[0016] 圖3為本發明天線整體結構示意圖（向右倒置），其中，介質基板1、引向器2、激勵振 子3、反射振子4、微帶饋線5;
[0017] 圖4為本發明天線輸入反射系數實測仿真對比圖；
[0018] 圖5為本發明天線增益實測仿真對比圖；
[0019] 圖6為本發明天線電壓駐波比實測仿真對比圖。
【具體實施方式】
[0020] 以下結合附圖對本
【發明內容】
做進一步說明。
[0021 ]實施例，如圖1、2和3所示，一種S波段光控相控陣單元天線包括:介質基板1、三個 引向器2、一對激勵振子3、一個反射振子4、微帶饋線5;所述介質基板1采用FR4材料，其相對 介電常數為4.4,損耗角正切為0.025,厚度為1.6mm;介質基板1的正面設置覆銅的引向器2、 激勵振子3和反射振子4,其中三個引向器2、激勵振子3與反射振子4從上往下依次設置于介 質基板，三個引向器2位于介質基板1的中上部，激勵振子3與反射振子4相連且位于介質基 板1的下中下部;介質基板1的背面則設置微帶饋線5,一對激勵振子3左右對稱設置于介質 基板1。
[0022] 三個引向器2中位于頂端的引向器2中間開縫，通過改變引向器2的長度其縫隙的 寬度可以優化天線的阻抗帶寬和增益。
[0023] 激勵振子3與反射振子4相連，通過改變激勵振子3的長度和激勵振子3與反射振子 4之間的距離可以優化天線的差值損耗、增益和諧振頻率。
[0024] 本發明采用微帶線耦合饋電結構，引向器2數目的增加以及頂端引向器2的開縫技 術有效的提高了天線的帶寬和增益。
[0025] 原理說明，本發明S波段光控相控陣單元天線尺寸的計算如下：
[0026] 根據微帶準八木天線的參數計算公式:激勵振子單元的長度應為0.5Ag，引向器的 長度應為0.45Ag，反射器與激勵振子的距離應為〇. 25Xg，激勵振子與引向器的間距及各引 向器間的距離都相等，一般為〇. 2Ag，其中Ag為天線的等效波長它的計算公式為：
[0028]式中：c代表電磁波在自由空間中傳播的速度；er代表介質基板的相對介電常數;f 代表頻率。
[0029]振子寬度的計算公式：
[0031]式中：fr是天線的諧振頻率。
[0032]本發明S波段光控相控陣單元天線達到了如下工作參數：工作帶寬在2.34-2.49GHz天線反射系數<-10dB;中心頻點2.4GHz處天線增益6dBi ;極化方式為線極化。
[0033]如圖1所示，本發明其正面的微帶線由參數&、1!1、13^2所決定，這4個參數值分別 為0.7111111、40.9111111、3.4111111、3.21]1111;天線背面包含激勵振子、弓丨向器、反射振子由1^、1、!1、1^1、1^2、 wl、w2、dl、d2、g這 10個參數值分別為 125mm、90mm、20mm、26m、28mm、20mm、5mm、13mm、20mm、 lmm〇
【主權項】
1. 一種S波段光控相控陣單元天線，其特征在于，包括介質基板、三個引向器、一對激勵 振子、一個反射振子和微帶饋線;其中，介質基板包括正面和背面，引向器、激勵振子和反射 振子位于介質基板的正面，微帶饋線位于介質基板的背面;所述的介質基板的正面設置覆 銅的引向器、激勵振子和反射振子，其中三個引向器、激勵振子與反射振子從上往下依次設 置于介質基板。2. 根據權利要求1所述的一種S波段光控相控陣單元天線，其特征在于，所述的介質基 板采用FR4環氧樹脂基板，其相對介電常數為4.4,損耗角正切為0.025,厚度為1.6mm。3. 根據權利要求1或2所述的一種S波段光控相控陣單元天線，其特征在于，所述的三個 引向器中位于頂端的引向器中間開縫。4. 根據權利要求1所述的一種S波段光控相控陣單元天線，其特征在于，所述的介質基 板的背面微帶饋線采用G形微帶饋電結構。5. 根據權利要求1或4所述的一種S波段光控相控陣單元天線，其特征在于，天線采用印 刷結構，反射振子既可作為天線的反射器，又可作為微帶饋線的地板。6. 根據權利要求1所述的一種S波段光控相控陣單元天線，其特征在于，所述的三個引 向器位于介質基板的中上部，激勵振子與反射振子相連且位于介質基板的下中下部，所述 的一對激勵振子左右對稱設置于介質基板，所述的激勵振子和微帶饋線分別設置在介質基 板正面和背面的同一高度位置。
【文檔編號】H01Q1/48GK106025530SQ201610527892
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月6日
【發明人】張昕, 湯恒亮, 李繼嵐
【申請人】五邑大學